CN108146269A - 一种电动汽车电池高低温充电及热管理系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种电动汽车电池高低温充电及热管理系统，包括电池加热器、板换、电池水泵、车辆副水箱、压缩机、冷凝器、电磁阀、热力膨胀阀、蒸发器和电子膨胀阀，车辆副水箱、电池水泵、板换、电池加热器依次连接，压缩机、冷凝器、电子膨胀阀、板换依次连接，板换与压缩机连接，车辆副水箱、电池水泵、板换依次连接，压缩机、冷凝器、电磁阀、热力膨胀阀、蒸发器依次连接，蒸发器与压缩机连接。本发明能够直接在电动汽车上实现对动力电池的高低温充电管理和热管理，在充电过程中和充电完成后都能够使动力电池温度保持在最适合的数值，使动力电池的性能保持在最佳状态，延长了动力电池的寿命，用户体验好，可以很好地满足实际应用的需要。
Description
技术领域
本发明属于电动汽车电池充电装置技术领域，具体涉及一种电动汽车电池高低温充电及热管理系统。
背景技术
全球对于未来能源危机的担忧及各国对环保意识的增强，促进新能源汽车产业的快速发展，电动汽车得到了越来越广泛的应用，中国的电动汽车在去年也迎来了爆发式的增长，电动汽车在公交、出租、物流、乘用车等许多领域都已形成规模应用。
一个新生事物越多的应用意味着会产生越多的问题，电动汽车也不例外。在寒冬来临之际，以锂离子电池作为动力能源的电动汽车就遇到使用难题。首先，电动汽车行驶结束后，电池温度会比较高，此时停车后马上给车大电流充电，这样会使电池温度再次升高，当电池温度到达一定水平就会对电池寿命造成损害，严重的甚至会造成安全风险；其次，在北方极寒冷地区，电动汽车充满电后静置在一个极低的温度环境中，当静置的时间较长，例如夜晚充电后静置到早上，电动汽车动力电池的温度已经降到较低的温度(-5度以下)，在下一次启用电动汽车的时候，由于极低温度下锂电池的放电性能降低，就会发生动力不足或者无法启动的现象，导致电动汽车无法使用，用户体验差。
现有技术中除了采用充电机控制充电功率外，目前市场上的电动车有的会在车上集成热管理系统，在充电的同时，可以开启热管理，为电池加热/冷却。但是充电完成后，车辆静置很长时间后，还是会随环境温度下降很快，等到用户使用车辆时，导致了上述一些问题，用户体验差。现有技术的充电及热管理装置结构设计不科学，不能实现充电过程中和充电完成后对电池温度的合理控制。
发明内容
针对上述现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种可避免出现上述技术缺陷的电动汽车电池高低温充电及热管理系统。
为了实现上述发明目的，本发明提供的技术方案如下：
一种电动汽车电池高低温充电及热管理系统，包括电池加热器、板换、电池水泵、车辆副水箱、压缩机、冷凝器、电磁阀、热力膨胀阀、蒸发器和电子膨胀阀，其中：车辆副水箱、电池水泵、板换、电池加热器依次连接，压缩机、冷凝器、电子膨胀阀、板换依次连接，板换与压缩机连接，车辆副水箱、电池水泵、板换依次连接，压缩机、冷凝器、电磁阀、热力膨胀阀、蒸发器依次连接，蒸发器与压缩机连接。
进一步地，所述系统还包括充电机、BMS、充电器和车载终端，充电机和BMS均与动力电池相连接，充电器分别与充电机和BMS相连接，充电器与BMS之间连接有充电引导电路，车载终端与BMS相连接。
进一步地，动力电池的进水口和出水口均设置有温度传感器。
进一步地，车辆副水箱内设置有液位传感器。
进一步地，板换出水口设置有温度传感器。
进一步地，车辆副水箱、电池水泵、板换、电池加热器、电动汽车电池、车辆副水箱依次连接构成热管理加热回路，热管理加热回路中的介质为汽车用防冻液。
进一步地，压缩机、冷凝器、电子膨胀阀、板换、压缩机依次连接构成的回路中的介质为冷媒。
进一步地，压缩机、冷凝器、电磁阀、热力膨胀阀、蒸发器、压缩机依次连接构成的回路中的介质为冷媒。
一种对电动汽车电池进行高低温充电及热管理的方法，包括：
车辆运行停止时，若动力电池温度大于T2，则开始充电后，BMS计算动力电池合适的充电功率，并通知充电机实时输出充电功率，同时，BMS控制系统工作，对动力电池进行冷却；
在动力电池充满电后，BMS巡检动力电池温度，当动力电池温度下降到T1以下时，BMS即启动加热器开始加热；
在动力电池充满电后，若动力电池温度高于T2，则BMS控制系统冷却动力电池；
车辆运行停止时，若动力电池温度小于T1，则开始充电后，BMS计算动力电池合适的充电功率，并通知充电机实时输出充电功率，同时，BMS控制本系统工作，对动力电池进行加热，使电池温度迅速到达最优性能温度；
在充满电后，BMS巡检动力电池温度，当动力电池温度下降到T1以下时，BMS即启动加热器开始加热；
在动力电池充满电后，若动力电池温度高于T2，则BMS控制系统开始对动力电池冷却，并启动充电机对动力电池补电；
其中，(T1,T2)为动力电池性能的最优温度范围。
进一步地，所述方法具体为：
车辆运行停止时，BMS根据不同温度下最合适的充电功率曲线计算动力电池合适的充电功率，并通过充电引导电路及充电CAN网络，通知充电机实时输出充电功率，同时，BMS控制系统工作，对动力电池进行冷却，使动力电池温度迅速到达最优性能温度，在降温过程中，BMS根据预设曲线实时调整充电功率，并通知充电机实时输出，以快速充满电；满电后整车休眠，以减小功耗，BMS及车载终端处于低功耗模式；
在动力电池充满电后，BMS巡检动力电池温度，当动力电池温度下降到T1以下时，BMS即启动加热器开始加热，当加热耗电到动力电池容量5％后，BMS启动充电机为动力电池进行补电；
在动力电池充满电后，若动力电池温度高于T2，则BMS控制整个系统冷却动力电池，并启动充电机为动力电池补电；
车辆运行停止时，若动力电池温度小于T1，开始充电后，BMS根据不同温度下最合适的充电功率曲线计算动力电池合适的充电功率，并通过充电引导电路及充电CAN网络，通知充电机实时输出充电功率，同时，BMS控制系统工作，对动力电池进行加热，使电池温度迅速到达最优性能温度，在升温过程中，BMS根据预设曲线实时调整充电功率，并通知充电机实时输出，以快速充满电，满电后整车休眠，以减小功耗，BMS及车载终端处于低功耗模式；
在充满电后，BMS巡检动力电池温度，当动力电池温度下降到T1以下时，BMS即启动加热器开始加热，当加热耗电到动力电池容量的5％后，BMS启动充电机为动力电池进行补电；
在动力电池充满电后，若动力电池温度高于T2，则BMS控制系统开始对动力电池冷却，并启动充电机对动力电池补电。
本发明提供的电动汽车电池高低温充电及热管理系统，结构设计科学合理，能够直接在电动汽车上实现对动力电池的高低温充电管理和热管理，在充电过程中和充电完成后都能够使动力电池温度保持在最适合的数值，使动力电池的性能保持在最佳状态，延长了动力电池的寿命，用户体验好，可以很好地满足实际应用的需要。
附图说明
图1为本发明的系统与动力电池连接在一起的结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，一种电动汽车电池高低温充电及热管理系统，包括电池加热器(用作加热源)、板换、电池水泵、车辆副水箱(用于盛放热管理液体)、压缩机(用作冷却源)、冷凝器、电磁阀、热力膨胀阀、蒸发器和电子膨胀阀，本系统用于对电动汽车的动力电池(即电动汽车电池)进行高低温充电和热管理；本系统连接到动力电池上，形成多个回路，其中：
车辆副水箱、电池水泵、板换和电池加热器依次连接同时车辆副水箱与电池加热器分别与动力电池相连接，构成热管理加热回路，热管理加热回路中的介质为汽车用防冻液；动力电池的进水口和出水口均设置有温度传感器；车辆副水箱内设置有液位传感器；板换出水口设置有温度传感器；
压缩机、冷凝器、电子膨胀阀和板换依次连接同时板换与压缩机相连接，构成热管理冷却回路，热管理冷却回路中的介质为冷媒；
车辆副水箱、电池水泵和板换依次连接同时板换与车辆副水箱分别与动力电池相连接，构成水路回路；
水路回路与热管理冷却回路通过板换将汽车用防冻液与冷媒进行热交换，带走热量；
压缩机、冷凝器、电磁阀、热力膨胀阀和蒸发器依次连接同时蒸发器与压缩机相连接，构成车内空调回路，空调回路中的介质为冷媒；
热管理冷却回路与车内空调回路共用压缩机作为冷源，通过各自的电磁阀进行控制。
本系统还包括充电机、BMS(BATTERY MANAGEMENT SYSTEM，电池管理系统)、充电器和车载终端，充电机和BMS均与动力电池相连接，充电器分别与充电机和BMS相连接，充电器与BMS之间连接有充电引导电路，车载终端与BMS相连接。充电器与BMS之间能够进行数据交换。用户终端可以连接到充电器上，用户终端能够与车载终端进行数据交换。
车厂根据所选用的动力电池性能制定最优温度范围(T1,T2)，以及动力电池在不同温度下最合适的充电功率曲线。
一种电动汽车电池高低温充电及热管理方法，包括：
1)车辆运行停止时，若动力电池温度T＞T2，则用户插上充电枪进行充电后，可以通过用户终端设置预期用车时间，通过车载终端可以连接充电机与BMS，实时显示充电信息；同时，BMS根据不同温度下最合适的充电功率曲线计算动力电池合适的充电功率，并通过充电引导电路及充电CAN网络，通知充电机实时输出充电功率，同时，BMS控制本系统工作，对动力电池进行冷却，使动力电池温度迅速到达最优性能温度，在降温过程中，BMS根据预设曲线实时调整充电功率(功率慢慢增大)，并通知充电机实时输出，以达到快速充满电；满电后整车休眠，以减小功耗，BMS及车载终端处于低功耗模式；
在动力电池充满电后，若当前时间还未到达用户设定用车时间，则BMS通过固定时间巡检动力电池温度，当动力电池温度下降到T1以下时，BMS即启动加热器开始加热，当加热耗电到动力电池容量5％后，BMS启动充电机为动力电池进行补电；控制充电时间为Δt(用车时间-当前时间)，充电容量为动力电池容量的5％，计算得出充电功率P1，加上加热器耗电功率P2，得出总充电功率P，这样可以在用车时间到达时刚好充满电，而且电池温度维持在合适的温度范围之内；
在动力电池充满电后，若动力电池温度高于T2，则BMS控制整个系统冷却动力电池，并启动充电机为动力电池补电。
2)车辆运行停止时，若动力电池温度T＜T1，用户插上充电枪进行充电后，可以通过用户终端设置预期用车时间，通过车载终端可以连接充电机与BMS，实时显示充电信息；同时，BMS根据不同温度下最合适的充电功率曲线计算动力电池合适的充电功率，并通过充电引导电路及充电CAN网络，通知充电机实时输出充电功率，同时，BMS控制本系统工作，对动力电池进行加热，使电池温度迅速到达最优性能温度，在升温过程中，BMS根据预设曲线实时调整充电功率(功率慢慢增大)，并通知充电机实时输出，以达到快速充满电，满电后整车休眠，以减小功耗，BMS及车载终端处于低功耗模式；
在充满电后，若当前时间还未到达用户设定的用车时间，则BMS通过固定时间巡检动力电池温度，当动力电池温度下降到T1以下时，BMS即启动加热器开始加热，当加热耗电到动力电池容量的5％后，BMS启动充电机为动力电池进行补电；控制充电时间为Δt(用车时间-当前时间)，充电容量为电池容量的5％，计算得出充电功率P1，加上加热器耗电功率P2，得出总充电功率P，这样可以在用车时间到达时刚好充满电，而且电池温度维持在合适的温度范围之内；
在动力电池充满电后，若动力电池温度高于T2，则BMS控制本系统开始对动力电池冷却，并启动充电机对动力电池补电。
本发明提供的电动汽车电池高低温充电及热管理系统，结构设计科学合理，能够直接在电动汽车上实现对动力电池的高低温充电管理和热管理，在充电过程中和充电完成后都能够使动力电池温度保持在最适合的数值，使动力电池的性能保持在最佳状态，延长了动力电池的寿命，用户体验好，可以很好地满足实际应用的需要。
以上所述实施例仅表达了本发明的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (10)
1.一种电动汽车电池高低温充电及热管理系统，其特征在于，包括电池加热器、板换、电池水泵、车辆副水箱、压缩机、冷凝器、电磁阀、热力膨胀阀、蒸发器和电子膨胀阀，其中：车辆副水箱、电池水泵、板换、电池加热器依次连接，压缩机、冷凝器、电子膨胀阀、板换依次连接，板换与压缩机连接，车辆副水箱、电池水泵、板换依次连接，压缩机、冷凝器、电磁阀、热力膨胀阀、蒸发器依次连接，蒸发器与压缩机连接。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括充电机、BMS、充电器和车载终端，充电机和BMS均与动力电池相连接，充电器分别与充电机和BMS相连接，充电器与BMS之间连接有充电引导电路，车载终与BMS相连接。
3.根据权利要求1-2所述的系统，其特征在于，动力电池的进水口和出水口均设置有温度传感器。
4.根据权利要求1-3所述的系统，其特征在于，车辆副水内设置有液位传感器。
5.根据权利要求1-4所述的系统，其特征在于，板换出水口设置有温度传感器。
6.根据权利要求1-5所述的系统，其特征在于，车辆副水箱、电池水泵、板换、电池加热、电动汽车电池、车辆副水箱依次连接构成热管理加热回路，热管理加热回路中的介质为汽车用防冻液。
7.根据权利要求1-6所述的系统，其特征在于，压缩机、冷凝器、电子膨胀、板换、压缩机依次连接构成的回路中的介质为冷媒。
8.根据权利要求1-7所述的系统，其特征在于，压缩机、冷凝器、电磁阀、热力膨胀阀、蒸发器、压缩机依次连接构成的回路中的介质为冷媒。
9.一种利用权利要求1所述的系统对电动汽车电池进行高低温充电及热管理的方法，其特征在于，包括：
车辆运行停止时，若动力电池温度大于T2，则开始充电后，BMS计算动力电池合适的充电功率，并通知充电机实时输出充电功率，同时，BMS控制系统工作，对动力电池进行冷却；
在动力电池充满电后，BMS巡检动力电池温度，当动力电池温度下降到T1以下时，BMS即启动加热器开始加热；
在动力电池充满电后，若动力电池温度高于T2，则BMS控制系统冷却动力电池；
车辆运行停止时，若动力电池温度小于T1，则开始充电后，BMS计算动力电池合适的充电功率，并通知充电机实时输出充电功率，同时，BMS控制本系统工作，对动力电池进行加热，使电池温度迅速到达最优性能温度；
在充满电后，BMS巡检动力电池温度，当动力电池温度下降到T1以下时，BMS即启动加热器开始加热；
在动力电池充满电后，若动力电池温度高于T2，则BMS控制系统开始对动力电池冷却，并启动充电机对动力电池补电；
其中，(T1,T2)为动力电池性能的最优温度范围。
10.根据权利要求1-9所述的方法，其特征在于，所述方法具体为：
车辆运行停止时，BMS根据不同温度下最合适的充电功率曲线计算动力电池合适的充电功率，并通过充电引导电路及充电CAN网络，通知充电机实时输出充电功率，同时，BMS控制系统工作，对动力电池进行冷却，使动力电池温度迅速到达最优性能温度，在降温过程中，BMS根据预设曲线实时调整充电功率，并通知充电机实时输出，以快速充满电；满电后整车休眠，以减小功耗，BMS及车载终端处于低功耗模式；
在动力电池充满电后，BMS巡检动力电池温度，当动力电池温度下降到T1以下时，BMS即启动加热器开始加热，当加热耗电到动力电池容量5％后，BMS启动充电机为动力电池进行补电；
在动力电池充满电后，若动力电池温度高于T2，则BMS控制整个系统冷却动力电池，并启动充电机为动力电池补电；
车辆运行停止时，若动力电池温度小于T1，开始充电后，BMS根据不同温度下最合适的充电功率曲线计算动力电池合适的充电功率，并通过充电引导电路及充电CAN网络，通知充电机实时输出充电功率，同时，BMS控制系统工作，对动力电池进行加热，使电池温度迅速到达最优性能温度，在升温过程中，BMS根据预设曲线实时调整充电功率，并通知充电机实时输出，以快速充满电，满电后整车休眠，以减小功耗，BMS及车载终端处于低功耗模式；
在充满电后，BMS巡检动力电池温度，当动力电池温度下降到T1以下时，BMS即启动加热器开始加热，当加热耗电到动力电池容量的5％后，BMS启动充电机为动力电池进行补电；
在动力电池充满电后，若动力电池温度高于T2，则BMS控制系统开始对动力电池冷却，并启动充电机对动力电池补电。
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